潛污泵抬機(jī)成因分析及解決措施

□付　川

潛污泵抬機(jī)成因分析及解決措施

□付川

本文對成都市龍泉驛區(qū)雞頭河污水泵送工程中發(fā)生的抬機(jī)成因進(jìn)行分析，并提出合理的處理措施，供工程中解決類似問題作參考。

1　工程概況

本工程位于成都市龍泉驛區(qū)十陵街道辦雞頭河污水處理廠，主要是將雞頭河污水抽取輸送至污水處理廠進(jìn)行處理，滿足日益增加的污水處理需求。工程于2015年10月3日開工，2015年10月29日完工并試水成功。泵站安裝兩臺中型系列潛污泵，一用一備，潛污泵型號為WQ600-30-90，流量600 m3/h，揚(yáng)程30 m，功率90 kW，轉(zhuǎn)速1 470 r/min，比轉(zhuǎn)數(shù)約170，自重1.25 t；分左（1#）右（2#）兩側(cè)安裝；進(jìn)水口和出水口成90°夾角；其安裝方式為自耦合安裝，如圖1所示。

圖1　水泵安裝示意圖

2　本工程出現(xiàn)的問題

經(jīng)過一段時間的試用，2#水泵發(fā)生了偏離，1#水泵出現(xiàn)了漏水的情況。抽干積水檢查，發(fā)現(xiàn)2#水泵耦合處已經(jīng)斜扣，頂部向右傾斜；1#水泵膠墊明顯損壞，已被沖出。

最初認(rèn)為是安裝時安裝精度不夠?qū)е碌?，但查看文字和圖片記錄后發(fā)現(xiàn)，安裝偏差在規(guī)范要求以內(nèi)，并在試運(yùn)行初期一切正常。這說明是其他原因造成的。由于是運(yùn)行一段時間后出現(xiàn)問題的，所以形成的后果可能是累積形成的，對此，我們進(jìn)一步分析了原因。

3　本工程問題原因分析

3.1安裝精度和水泵振動因素分析

最初分析可能是因水泵安裝精度不足，加上自身振動導(dǎo)致偏差逐步變大造成的。針對該可能原因，筆者查閱了當(dāng)時的安裝記錄，發(fā)現(xiàn)安裝符合要求，在重新安裝校正后，對水泵進(jìn)行短時間的空轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)水泵運(yùn)行穩(wěn)定，振動并不明顯，從受力上該振動也不足以將水泵抬起并斜扣。

3.2潛污泵開啟時水的攪動因素分析

為保護(hù)控制柜，啟動時電流不能長時間過大，通常情況下按操作規(guī)范，應(yīng)在閥門關(guān)閉情況下啟動潛污泵，并逐步開啟閥門。在逐步開啟過程中，潛污泵的葉輪可能在水中產(chǎn)生攪動，且進(jìn)水池較小（4 m×3 m×3.5 m），加之水泵自身的振動以及浮力的作用，可能產(chǎn)生該問題。于是，在潛污泵淹沒的狀況下進(jìn)行了抽水，通過觀察水泵頂部吊耳，發(fā)現(xiàn)泵正常運(yùn)行和空轉(zhuǎn)時的振幅區(qū)別不大。但是，在關(guān)停水泵瞬間，發(fā)現(xiàn)水泵短促的異動較為明顯，很可能是造成偏離漏水的主要原因。

3.3發(fā)生類似水輪機(jī)抬機(jī)現(xiàn)象

借鑒水輪機(jī)抬機(jī)現(xiàn)象形成的原因，最初認(rèn)為不可能發(fā)生抬機(jī)現(xiàn)象。水輪機(jī)抬機(jī)形成的一種原因是軸流泵葉輪反轉(zhuǎn)產(chǎn)生類似螺旋槳的作用形成抬機(jī)，本工程所使用的泵為離心泵，葉輪結(jié)構(gòu)不同于軸流泵的葉輪結(jié)構(gòu)，即使反轉(zhuǎn)也不會產(chǎn)生類似螺旋槳的推進(jìn)作用。另一種原因是水輪機(jī)關(guān)停后的反擊水錘形成的抬機(jī)，本工程的潛污泵也沒有水輪機(jī)尾水管結(jié)構(gòu)。由于未設(shè)計安裝排氣閥，確實(shí)可能會在止回閥和水泵間形成一段真空，但不會在潛污泵底部形成真空導(dǎo)致反擊水錘造成抬機(jī)。

經(jīng)過反復(fù)的試驗(yàn)，確實(shí)發(fā)生了類似但又不同于水輪機(jī)抬機(jī)的現(xiàn)象。該泵抬機(jī)現(xiàn)象形成原因可能較為簡單，主要為關(guān)機(jī)后帶勢能的水瞬間倒流產(chǎn)生沖擊荷載形成突然瞬時向下的軸向反沖力。雖然該潛污泵自重1.25 t，但因其體積不小，在浮力的作用下重量減輕了，使得潛污泵可能瞬間被抬動?；亓鞯乃衷谒刂袛噭赢a(chǎn)生了亂流，而抬機(jī)效應(yīng)和浮力減少了耦合裝置接口處的摩擦力，從而減小了對橫向力的抗拒，于是泵發(fā)生了偏離，從而累積造成了更大的危害。

為進(jìn)一步分析，筆者進(jìn)行了簡單的數(shù)據(jù)計算。水泵泵體高約1.8 m，直徑約0.8 m，體積約0.9 m3，將污水比重簡化為1 t/m3，潛污泵全部沒入水中產(chǎn)生的浮力可抵消的重量約為0.90 t，即潛污泵全部沒入水中的重量約為0.35 t。止回閥到水泵間的管線長度為9 m。DN300的管徑中有約0.64 m3的污水，即有0.64 t的污水。

通過數(shù)據(jù)可以簡單看出，若該0.64 m3的污水在自然或工作壓力0.3 MPa下回流，不足以將水泵抬起，但是由于突然關(guān)停產(chǎn)生水錘沖擊載荷從而形成反沖力也不是沒有可能的。從現(xiàn)場產(chǎn)生明顯異動的情況看，雖然不足以將水泵一次抬起一定高度，但是對原來的安裝起到了破壞作用，使耦合處出現(xiàn)松動和偏差，長期這樣使用可能累積造成本工程出現(xiàn)的問題，通過現(xiàn)場試驗(yàn)，基本確定為該原因。水錘沖擊荷載到底多大，需要經(jīng)過測量和復(fù)雜計算才能得出，由于條件有限不能具體求證。

3.4分析主要因素

1）啟動控制器未設(shè)置為軟啟軟停。由于未設(shè)置軟啟動，關(guān)停水泵時會產(chǎn)生突然回水現(xiàn)象，形成水錘沖擊載荷，這是形成問題的主要因素之一。

2）連接方式為自動耦合方式。相對于法蘭連接，本工程采用靠自身重力的方法進(jìn)行耦合密封，外力的作用具有天然的不穩(wěn)定性。

3）止回閥和水泵間距大、水錘大。止回閥和水泵間距越大，儲水越多，反沖動能越大，水回流越久，進(jìn)水池內(nèi)的亂流越持久，造成水錘沖擊載荷越大。

4）進(jìn)水池設(shè)計尺寸相對所用水泵較小。4 m×3 m×3.5 m的進(jìn)水池對于現(xiàn)在新增的直徑約為0.8 m的大型潛污泵來說較小，水回流后產(chǎn)生的亂流通過池壁很快反饋到潛污泵上。

4　問題處理措施

通過原因分析，可以將控制柜設(shè)置為軟啟軟停；將耦合裝置進(jìn)行固定處理；盡量減小止回閥和水泵間距；擴(kuò)大進(jìn)水池尺寸；及時使用除渣機(jī)除去污水中大徑顆粒物。其中，將控制柜設(shè)置為軟啟軟停，是最有效和最經(jīng)濟(jì)的解決手段；減小止回閥和水泵間距，擴(kuò)大進(jìn)水池尺寸并非是主要因素，且容易受現(xiàn)場場地限制無法實(shí)施；作為輔助措施，及時使用除渣機(jī)除去污水中大徑顆粒物是很有必要的；考慮到突然停電的情況，將耦合裝置進(jìn)行固定處理也是必須的。

針對本工程具體情況，筆者團(tuán)隊(duì)在重新校正安裝后，將控制柜設(shè)置為軟啟軟停，將耦合裝置進(jìn)行固定處理。同時，建議管理運(yùn)行單位及時使用除渣機(jī)除去污水中大徑顆粒物，并嚴(yán)格按照水泵操作規(guī)程進(jìn)行抽水工作。